特許 6542655 シリンダブロックの摺動面成形方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6542655

(24)【登録日】2019年6月21日

(45)【発行日】2019年7月10日

(54)【発明の名称】シリンダブロックの摺動面成形方法

(51)【国際特許分類】

   F04B 1/22 20060101AFI20190628BHJP

   F03C 1/253 20060101ALI20190628BHJP

   B22F 7/08 20060101ALI20190628BHJP

   F04B 53/00 20060101ALI20190628BHJP

【ＦＩ】

   F04B1/22

   F03C1/253

   B22F7/08 E

   F04B53/00 C

【請求項の数】3

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2015-234827(P2015-234827)

(22)【出願日】2015年12月1日

(65)【公開番号】特開2017-101584(P2017-101584A)

(43)【公開日】2017年6月8日

【審査請求日】2018年2月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005522

【氏名又は名称】日立建機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000442

【氏名又は名称】特許業務法人 武和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小林 修一

【審査官】 冨永 達朗

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１０４４６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０６１６０８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｂ １／２２

Ｂ２２Ｆ ７／０８

Ｆ０３Ｃ １／２５３

Ｆ０４Ｂ ５３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸と、この回転軸の回転に伴って中心軸の周りに回転するシリンダブロックと、このシリンダブロックのシリンダボアに収容されるピストンとを備えた液圧回転機の当該シリンダボア内側の円筒面に対して表面処理を行い、前記シリンダボアの摺動面を成形するシリンダブロックの摺動面成形方法であって、
銅合金及び高摺動性の添加元素が含有された紛体を前記シリンダボア内に圧縮して充填し、前記シリンダボア内側の円筒面に密着した圧粉成形体を形成する圧縮充填工程と、
前記圧縮充填工程で形成された前記圧粉成形体を焼結する焼結工程と、
前記圧粉成形体の中央部を加工除去し、前記シリンダボア内側の円筒面に摺動面を形成する仕上げ工程とを備え、
前記圧縮充填工程は、前記圧粉成形体に含まれる前記高摺動性の添加元素の濃度が前記シリンダボアの軸方向及び軸周りの少なくとも一方で異なるように、前記圧粉成形体において前記高摺動性の添加元素を分散させたことを特徴とするシリンダブロックの摺動面成形方法。

【請求項2】

請求項１に記載のシリンダブロックの摺動面成形方法において、
前記紛体は、前記銅合金の素地となる成分から構成され、前記高摺動性の添加元素を内部に含む銅合金粒子の集合体から成り、
前記圧縮充填工程における前記シリンダボアへの前記紛体の充填は、前記銅合金粒子中の前記銅合金と前記高摺動性の添加元素との重量比率を途中で変化させながら行われることを特徴とするシリンダブロックの摺動面成形方法。

【請求項3】

請求項１に記載のシリンダブロックの摺動面成形方法において、
前記紛体は、前記銅合金の素地となる成分から構成され、前記高摺動性の添加元素を内部に含まない複数の銅合金粒子と、前記高摺動性の添加元素のみから構成された複数の高摺動性粒子とを混合した混合紛体から成り、
前記圧縮充填工程における前記シリンダボアへの前記紛体の充填は、前記混合紛体中の前記銅合金粒子と前記高摺動性粒子との混合比率を途中で変化させながら行われることを特徴とするシリンダブロックの摺動面成形方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、油圧ポンプや油圧モータ等の液圧回転機におけるシリンダブロックの摺動面を成形するシリンダブロックの摺動面成形方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、油圧ポンプや油圧モータに代表される液圧回転機等の油圧駆動機器は、多くの摺動部品から構成されており、その摺動面は高い摺動面圧による潤滑油膜切れ、及び制御油圧の変動による摺接状態の不安定化等の影響により、摺動面同士の焼付きや局部的な異常摩耗等の発生リスクを有していることから、これらの摺動部品の素材として主に鉄鋼材が使用されている。

【0003】

従って、液圧回転機等の油圧駆動機器の代表的な構成部品であるシリンダブロックのシリンダボアとピストンは鉄鋼材で形成されているが、特にシリンダボアは摺動相手であるピストンとの摺動によって摩耗や焼付き現象が発生し易いので、これらの摩耗や焼付き現象の発生を抑えるために、シリンダボアとピストンの摺動面には様々な表面改質や表面加工等の表面処理が行われている。

【0004】

このような表面処理の従来技術の１つとして、鉄系材料よりなるシリンダブロックのシリンダボア内側に、銅系材料の円筒成形体、すなわち、銅合金ライナーを焼結により接合させ、この接合後の密度を焼結前の円筒成形体よりも高密度化させた焼結接合シリンダブロックが従来技術の１つとして提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【0005】

この従来技術の焼結接合シリンダブロックは、シリンダボア内側に焼結された銅合金ライナーによってピストン及びシリンダボアの焼付きによる両摺動面の固着を回避しているが、この銅合金ライナーは鉛青銅によって形成されており、その鉛含有率は１０％以上であるのが一般的であり、環境への影響等を考慮すると好ましくない。

【0006】

特に現在では、電気電子製品に対するＲｏＨＳ指令、及び廃棄自動車に対するＥＬＶ指令等、世界的な環境負荷物質使用削減の動向から、鉛含有銅合金の低鉛化が進められており、銅合金の鉛含有率を４％以下まで削減した上で、従来技術と同等以上の摺動性能を発揮するシリンダブロックを開発する必要がある。

【0007】

ここで、銅合金の鉛含有量を抑えたシリンダブロックの開発に役立つ従来技術の１つとして、銅及びスズを主成分とする青銅合金中にビスマス、ニッケル、及び硫黄がそれぞれ所定の割合で含有するように、銅及びスズに、ビスマス、ニッケル、及び硫黄を添加することにより、α銅中に片状の銅スズ系金属間化合物が析出した微細積層構造を有すると共に、ビスマスを含む金属微粒子が分散析出した共析相を出現させる青銅合金の製造方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

【0008】

この従来技術の青銅合金の製造方法によって製造された青銅合金は、銅スズ系金属間化合物の微細積層構造及びビスマス等の金属微粒子の共析相によって優れた摩耗摩擦特性や耐焼付性を有するものであり、摺動部材として用いることができる。従って、上述した従来技術の青銅合金の製造方法で製造された特殊な青銅合金を用いて銅合金ライナーを形成し、この銅合金ライナーをシリンダボアの摺動面に適用すれば、鉛含有量を抑えつつ、シリンダボアの摺動面における摩耗や焼付き現象の発生を抑制できるように思える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開平１０−１９６５５２号公報

【特許文献2】特開２０１０−３１３４７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、特許文献２に開示された従来技術の青銅合金の製造方法は、所定の温度範囲において２段階で進行する共析変態をビスマス、ニッケル、及び硫黄の添加元素で制御することにより、銅スズ系金属間化合物の微細積層構造及びビスマス等の金属微粒子の共析相を析出させるようにしているので、特殊な青銅合金を鋳造して製造する際にこれらの微細積層構造及び共析相を析出させる冷却温度条件が非常に厳密となり、製造上の管理が難しいことが問題になっている。従って、従来技術の青銅合金の製造方法で製造された青銅合金は、シリンダブロックのシリンダボアの摺動面に適用する摺動部材として適切ではない。

【0011】

また、従来技術の青銅合金の製造方法は、上述したようにビスマス等の金属微粒子の共析相を分散析出させるためにビスマスを必須の添加元素としているが、このビスマスは希少金属であることから価格が高く、鉛の代替材として使用した場合には製造コストが大幅に増大することが懸念されている。そのため、このようにビスマスが使用される場合でも、ビスマスの添加量はできる限り少量であることが望ましいが、ビスマスは上述したように分散析出して共析変態温度を低下させるのに必要であるだけでなく、耐圧性を良くする元素であるので、ビスマスの添加量を減らすことで摺動部材における摩耗摩擦特性や耐焼付性等の摺動性能の低下を招く虞がある。

【0012】

本発明は、このような従来技術の実情からなされたもので、その目的は、シリンダボアの摺動面を容易かつ安価に成形することができ、優れた摺動性能を発揮させることができるシリンダブロックの摺動面成形方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0013】

上記の目的を達成するために、本発明のシリンダブロックの摺動面成形方法は、回転軸と、この回転軸の回転に伴って中心軸の周りに回転するシリンダブロックと、このシリンダブロックのシリンダボアに収容されるピストンとを備えた液圧回転機の当該シリンダボア内側の円筒面に対して表面処理を行い、前記シリンダボアの摺動面を成形するシリンダブロックの摺動面成形方法であって、銅合金及び高摺動性の添加元素が含有された紛体を前記シリンダボア内に圧縮して充填し、前記シリンダボア内側の円筒面に密着した圧粉成形体を形成する圧縮充填工程と、前記圧縮充填工程で形成された前記圧粉成形体を焼結する焼結工程と、前記圧粉成形体の中央部を加工除去し、前記シリンダボア内側の円筒面に摺動面を形成する仕上げ工程とを備え、前記圧縮充填工程は、前記圧粉成形体に含まれる前記高摺動性の添加元素の濃度が前記シリンダボアの軸方向及び軸周りの少なくとも一方で異なるように、前記圧粉成形体において前記高摺動性の添加元素を分散させたことを特徴としている。

【発明の効果】

【0015】

本発明のシリンダブロックの摺動面成形方法によれば、シリンダの摺動面を容易かつ安価に成形することができ、優れた摺動性能を発揮させることができる。前述した以外の課題、構成、及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の第１実施形態に係るシリンダブロックの摺動面成形方法が適用される可変容量型斜板式アキシャルピストンポンプの概略断面図である。

【図2】図１に示すシリンダブロック、ピストン、及び弁板の作用関係を説明する図である。

【図3】図１に示すシリンダボアとピストンの摺動状態を説明する図である。

【図4】本発明の第１実施形態に係るシリンダブロックの摺動面成形方法の圧縮充填工程を説明する図であり、シリンダブロックの構成を示す断面図、及びシリンダボアの底部側に形成された圧粉成形体の構成を拡大して示す図である。

【図5】本発明の第１実施形態に係るシリンダブロックの摺動面成形方法の圧縮充填工程を説明する図であり、シリンダブロックの構成を示す断面図、及びシリンダボアのピストンの出入口側に形成された圧粉成形体の構成を拡大して示す図である。

【図6】本発明の第１実施形態に係るシリンダブロックの摺動面成形方法が適用されたシリンダブロックにおけるシリンダボアの摺動面の構成を示す断面図である。

【図7】本発明の第２実施形態に係るシリンダブロックの摺動面成形方法の圧縮充填工程を説明する図であり、シリンダブロックの構成を示す断面図、及びシリンダボアの底部側に形成された圧粉成形体の構成を拡大して示す図である。

【図8】本発明の第２実施形態に係るシリンダブロックの摺動面成形方法の圧縮充填工程を説明する図であり、シリンダブロックの構成を示す断面図、及びシリンダボアのピストンの出入口側に形成された圧粉成形体の構成を拡大して示す図である。

【図9】本発明の第３実施形態に係るシリンダブロックの摺動面成形方法の圧縮充填工程を説明する図であり、シリンダブロックの構成を示す断面図、及びシリンダボアのうちシリンダブロックの中心軸に対して向心方向側の領域に形成された圧粉成形体の構成を拡大して示す図である。

【図10】本発明の第３実施形態に係るシリンダブロックの摺動面成形方法の圧縮充填工程を説明する図であり、シリンダブロックの断面図、及びシリンダボアのうちシリンダブロックの中心軸に対して遠心方向側の領域に形成された圧粉成形体の構成を拡大して示す図である。

【図11】本発明の第３実施形態に係るシリンダブロックの摺動面成形方法が適用されたシリンダブロックにおけるシリンダボアの摺動面の構成を示す断面図である。

【図12】本発明の第３実施形態に係るシリンダブロックの摺動面成形方法が適用されたシリンダブロックにおけるシリンダボアの摺動面の構成を示す平面図である。

【図13】本発明の第３実施形態に係るシリンダブロックの摺動面成形方法が適用されたシリンダブロックにおけるシリンダボアの摺動面の他の例として、高摺動性の添加元素の濃度が高い領域を拡大して形成した構成を示す平面図である。

【図14】本発明の第３実施形態に係るシリンダブロックの摺動面成形方法が適用されたシリンダブロックにおけるシリンダボアの摺動面の他の例として、高摺動性の添加元素の濃度が高い領域を縮小して形成した構成を示す平面図である。

【図15】本発明の第３実施形態に係るシリンダブロックの摺動面成形方法が適用されたシリンダブロックにおけるシリンダボアの摺動面の他の例として、高摺動性の添加元素の濃度が高い領域を縮小してシリンダボアの軸周りの任意の位置に形成した構成を示す平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明に係るシリンダブロックの摺動面成形方法、及びシリンダブロックを実施するための形態を図に基づいて説明する。

【0018】

［シリンダブロックの摺動面成形方法の第１実施形態］
本発明に係るシリンダブロックの摺動面成形方法の第１実施形態は、例えば、図１に示す液圧回転機としての可変容量型斜板式アキシャルピストンポンプ（以下、便宜的に油圧ポンプと称する）１に適用される。

【0019】

図１に示すように、油圧ポンプ１は、外殻を形成するケーシング２と、このケーシング２の中央部において軸周りに回転可能に設けられた回転軸３と、この回転軸３の回転に伴って中心軸Ａ（図２参照）の軸周りに回転するシリンダブロック４と、このシリンダブロック４の各シリンダボア５にそれぞれ収容される複数のピストン６とを備えている。

【0020】

ケーシング２は、回転軸３及びシリンダブロック４等の各部材を覆う筒状のケーシング本体１１と、このケーシング本体１１の両端側を閉塞するフロントケーシング１２及びリヤケーシング１３とから成っている。そして、リヤケーシング１３は、シリンダブロック４内に作動油を供給あるいは排出する一対の給排通路１４Ａ，１４Ｂを有している。これらの給排通路１４Ａ，１４Ｂは、作動油の吸込側及び吐出側に設けられた図示しない配管等に接続されている。

【0021】

回転軸３は、フロントケーシング１２とリヤケーシング１３との間に軸受１５，１６等を介して回転可能に支持されている。また、回転軸３は、フロントケーシング１２から軸方向に突出する突出端３Ａが形成されており、この突出端３Ａ側が、例えば、ディーゼルエンジン等の図示しない原動機によって回転駆動される。シリンダブロック４は、回転軸３の外周側にスプライン結合され、回転軸３と共に一体となって回転するようになっている。そして、シリンダブロック４は、両端面のうちフロントケーシング１２側の一端が後述の斜板２２に対向して配置され、両端面のうちリヤケーシング１３側の他端は後述の弁板２５に摺接するようになっている。

【0022】

シリンダブロック４は、内部に各ピストン６を包含する上述の複数のシリンダボア５を有しており、これらの各シリンダボア５は、回転軸３を中心としてシリンダブロック４の中心軸Ａの周りに一定の間隔をおいて離間され、シリンダブロック４の中心軸Ａの軸方向、すなわち回転軸３の軸方向に対して平行に配置されている。そして、各シリンダボア５の一端には、後述の弁板２５を介してリヤケーシング１３の給排通路１４Ａ，１４Ｂに対して間欠的に連通又は遮断されるシリンダポート５Ａが形成されている。

【0023】

また、油圧ポンプ１は、各ピストン６の端部に揺動可能にそれぞれ保持され、シリンダブロック４と共に回転する複数のシュー２１と、ケーシング２のうちフロントケーシング１２側に傾転可能に設けられ、各シュー２１が摺接する斜板２２と、各シュー２１を各ピストン６の押付力によって斜板２２側にそれぞれ押付ける複数のシュー押え２３と、フロントケーシング１２に設けられ、斜板２２を揺動可能に支持するクレイドル２４と、ケーシング２のうちリヤケーシング１３側に配置され、リヤケーシング１３とシリンダブロック４との間に設けられた弁板２５と、斜板２２を傾転駆動する傾転アクチュエータ２６，２７とを備えている。

【0024】

斜板２２は、クレイドル２４によって傾転可能に支持される斜板本体３１と、この斜板本体３１の表面側に固定して設けられ、シュー２１が摺動する平滑板３２と、回転軸３を挿通する軸挿通穴３１Ａとから成っている。なお、この軸挿通穴３１Ａの大きさは、回転軸３を挿通した状態において回転軸３が斜板２２の傾転動作の妨げとならないように設定されている。また、平滑板３２は、軸挿通穴３１Ａと同様に中央部がくり抜かれ、回転軸３を挿通させる軸挿通穴３２Ａを有しており、ドーナツ型の円盤状に形成されている。

【0025】

クレイドル２４は、斜板２２の裏面側に配置され、ケーシング２のフロントケーシング１２に固定されている。また、クレイドル２４には、回転軸３を挟んで左右あるいは上下に離間した一対の傾転摺動面２４Ａが設けられており、この傾転摺動面２４Ａは、斜板２２を傾転可能に支持するように凹湾曲状の円弧面に形成されている。そして、斜板本体３１がフロントケーシング１２側にクレイドル２４の傾転摺動面２４Ａを介して傾転可能に取付けられている。また、傾転アクチュエータ２６，２７は、外部から傾転制御圧が給排されて加えられる傾転制御圧に応じて斜板２２の傾転角を可変に制御している。

【0026】

各シュー２１は、各ピストン６からの押付力でシュー押え２３等を介して斜板２２の平滑板３２の表面３２Ｂにそれぞれ押付けられた状態で保持されている。弁板２５は、シリンダブロック４の両端面のうちリヤケーシング１３側の端面に摺接し、シリンダブロック４を回転軸３と共に回転可能に支持している。また、弁板２５には、眉形状を有する一対の給排ポート２５Ａが形成されており、これらの給排ポート２５Ａは、リヤケーシング１３の給排通路１４Ａ，１４Ｂに連通され、シリンダブロック４が回転軸３の軸周りに回転したときに各シリンダボア５のシリンダポート５Ａに間欠的に連通するようになっている。

【0027】

ここで、エンジン等の原動機によって回転軸３を回転駆動させると、シリンダブロック４が回転軸３の周りに回転軸３と一体となって回転する。このとき、斜板２２は回転軸３に対して傾いているので、図２に示すように、ピストン６は、シリンダボア５内を上死点から下死点へ向けて摺動する吸入工程と、シリンダボア５内を下死点から上死点へ向けて摺動する吐出工程とを繰り返す。

【0028】

従って、ピストン６の吸入工程では、例えば給排通路１４Ｂからシリンダボア５内に作動油が吸込まれ、ピストン６の吐出工程では、シリンダボア５内から給排通路１４Ａへ作動油が高圧の圧油として吐出される。その際、シリンダボア５内には、ピストン６が上死点から下死点までストロークして作動油の吸入を行うことによる負圧、及び下死点から上死点までストロークして作動油を押し退けることによる正圧が繰返し作用する。なお、回転軸３に対する斜板２２の傾きによってピストン６のストローク長が増減されるので、傾転アクチュエータ２６，２７が斜板２２の傾転角を制御することにより、シリンダボア５内における作動油の吸入量及び吐出量が調整される。

【0029】

また、シリンダブロック４が回転すると、ピストン６がシリンダブロック４の中心軸Ａの周りに回転するので、ピストン６がシリンダボア５内で往復移動する間、ピストン６には回転軸３から遠心方向側（半径方向側）に向かう遠心力が作用する。これにより、図３に示すように、ピストン６はシリンダボア５内で偏荷重を受けてシリンダブロック１の中心軸Ａに対して傾くので、ピストン６がシリンダボア５内側の円筒面に片当りしながら摺動する。そのため、この接触部位において非常に高い摺動面圧が作用することになるので、シリンダボア５の摺動面は摩耗や焼付き現象が発生し易くなっている。

【0030】

そこで、本発明の第１実施形態は、シリンダブロック４のシリンダボア５内側の円筒面に対して表面処理を行い、シリンダボア５内側の円筒面に被覆層４６Ａ，４６Ｂ（図６参照）を形成してシリンダボア５の摺動面を成形することにより、ピストン６との摺動に伴う摩耗や焼付きからシリンダボア５を保護するようにしている。

【0031】

以下、本発明の第１実施形態に係るシリンダブロック４の摺動面成形方法及びその方法が適用されたシリンダブロック４を図４〜図６に基づいて詳細に説明する。

【0032】

本発明の第１実施形態に係るシリンダブロック４の摺動面成形方法は、図４〜図６に示すように、銅合金４１及び高摺動性の添加元素４２が含有された紛体４４をシリンダブロック４のシリンダボア５内に圧縮して充填し、シリンダボア５内側の円筒面に密着した圧粉成形体を形成する圧縮充填工程と、この圧縮充填工程で形成された圧粉成形体を焼結する焼結工程と、この焼結工程の後にシリンダボア５の摺動面を最終的に使用される形状に仕上げる仕上げ工程とを備えている。

【0033】

そして、本発明の第１実施形態に係るシリンダブロック４の摺動面成形方法では、上述の圧縮充填工程は、圧粉成形体に含まれる高摺動性の添加元素４２の濃度がシリンダボア５の軸方向で異なるように、圧粉成形体において高摺動性の添加元素４２を分散させるようにしている。

【0034】

具体的には、図４に示すように、最初にシリンダブロック４の素材である鉄鋼材に対して切削加工を施すことにより、シリンダブロック４の外形を作製する。次に、圧縮充填工程において、銅合金４１の素地となる成分から構成され、高摺動性の添加元素４２を内部に含む銅合金粒子４３の集合体から成る紛体４４を用意した後、銅合金粒子４３中の銅合金４１と高摺動性の添加元素４２との重量比率を途中で変化させながらシリンダボア５への紛体４４の充填を２回に渡って行う。

【0035】

本発明の第１実施形態では、銅合金粒子４３中の銅合金４１と高摺動性の添加元素４２との重量比率を１回目と２回目の充填において変化させるために、まず、高摺動性の添加元素４２をＢｗｔ％の割合で内部に含む銅合金粒子４３Ａの集合体から成る紛体４４Ａをシリンダボア５内に充填し、この紛体４４Ａを圧縮して固化させることにより、圧粉成形体として圧縮固化層４５Ａを形成する。

【0036】

その後、図５に示すように、高摺動性の添加元素４２をＣｗｔ％の割合で内部に含む銅合金粒子４３Ｂの集合体から成る紛体４４Ｂをシリンダボア５のうち圧縮固化層４５Ａの上に充填し、この紛体４４Ｂを圧縮して固化させることにより、圧粉成形体として圧縮固化層４５Ｂを形成する。

【0037】

このとき、圧縮固化層４５Ａ，４５Ｂのうち、ピストン６の出入口側に形成される圧縮固化層４５Ｂの高摺動性の添加元素４２の濃度は、シリンダボア５の底部側に形成される圧縮固化層４５Ａの高摺動性の添加元素４２の濃度よりも高く設定される。すなわち、銅合金粒子４３Ｂ中の高摺動性の添加元素４２は、銅合金粒子４３Ａ中の高摺動性の添加元素４２よりも多く含まれている（Ｂｗｔ％＜Ｃｗｔ％）。なお、各銅合金粒子４３Ａ，４３Ｂ中の高摺動性の添加元素４２は、銅の比重よりも大きい鉛及びビスマスの少なくとも一方、例えば、鉛及びビスマスの双方から成り、このうち鉛の添加量は所定の規制値以下に設定される。

【0038】

このように、シリンダボア５内へ上記紛体４４Ａ，４４Ｂを充填する順序に応じて、銅合金粒子４３の内部に高摺動性の添加元素４２を予め設定された割合で含ませておくことにより、各圧縮固化層４５Ａ，４５Ｂ全体に高摺動性の添加元素４２を均一に分散させることができる。また、シリンダボア５における各圧縮固化層４５Ａ，４５Ｂの高さを調整することにより、シリンダボア５内側の円筒面のうち摺動面圧が高くなる部分に対して、高摺動性の添加元素４２を高密度かつ選択的に配置することができる。これにより、シリンダボア５の摺動面の成形の自由度を高めることが可能となる。

【0039】

焼結工程では、圧縮充填工程で形成された各圧縮固化層４５Ａ，４５Ｂを予め定められた条件で焼結することにより、図６に示すように、シリンダボア５の軸方向で高摺動性の添加元素４２の濃度が異なる銅合金４１の被覆層４６Ａ，４６Ｂを形成してシリンダボア５内側の円筒面に接合する。そして、仕上げ工程では、各被覆層４６Ａ，４６Ｂの中央部分及びシリンダブロック４の底部を切削又は研削して加工除去し、各被覆層４６Ａ，４６Ｂを所定の寸法及び表面粗さに仕上げると共に、シリンダポート５Ａを形成する。これにより、シリンダボア５内側の円筒面に所望の摺動面が成形されたシリンダブロック４を得ることができる。

【0040】

すなわち、シリンダボア５の摺動面は、銅合金４１及び高摺動性の添加元素４２を含有して構成され、シリンダボア５の軸方向において高摺動性の添加元素４２の濃度が異なる被覆層４６Ａ，４６Ｂから成り、これらの被覆層４６Ａ，４６Ｂのうち被覆層４６Ｂは、ピストン６の出入口側における高摺動性の添加元素４２の濃度が、シリンダボア５の底部側における高摺動性の添加元素４２の濃度よりも高い高濃度部として機能する。

【0041】

このように構成した本発明の第１実施形態に係るシリンダブロック４の摺動面成形方法によれば、シリンダボア５内において、高摺動性の添加元素４２の濃度が異なる圧縮固化層４５Ａ，４５Ｂをシリンダボア５の軸方向に沿って積層し、これらの各圧縮固化層４５Ａ，４５Ｂ全体に高摺動性の添加元素４２を分散させた状態で圧縮固化層４５Ａ，４５Ｂを焼結することにより、ピストン６がシリンダボア５内側の円筒面に方当りしながら摺動することで摺動面圧が高くなる領域に銅よりも高い摺動性能を示す鉛及びビスマスを集中して分布させることができる。そのため、鉛及びビスマスをシリンダボア５内側の円筒面全体に満遍無く行き渡らせなくても、シリンダボア５における摩耗や焼付き現象を十分に抑えることができる。これにより、鉛及びビスマスの使用量が少なくて済むので、製造コストを削減することができる。

【0042】

さらに、本発明の第１実施形態に係るシリンダブロック４の摺動面成形方法は、シリンダボア５の表面処理の１つとして、シリンダボア５内に形成された各圧縮固化層４５Ａ，４５Ｂに対する焼結を利用しているので、各工程において厳密な冷却温度条件を管理しなくても、ピストン６の方当りを伴う摺動からシリンダボア５を保護する被覆層４６Ａ，４６Ｂを得ることができる。このように、シリンダボア５の摺動面を容易かつ安価に成形することができ、優れた摺動性能を発揮させることができる。

【0043】

また、本発明の第１実施形態に係るシリンダブロック４の摺動面成形方法では、シリンダボア５内の上段の圧縮固化層４５Ｂにおける高摺動性の添加元素４２の濃度は、下段の圧縮固化層４５Ａにおける高摺動性の添加元素４２の濃度よりも高いので、図３に示すように、シリンダボア５内側の円筒面のうち、ピストン６が方当りしながら摺動することで摺動面圧が高くなる部分Ｄに高摺動性の添加元素４２の鉛及びビスマスを密集させることができる。従って、ピストン６が鉛及びビスマスを多く含む被覆層４６Ｂに当たってシリンダボア５が保護されるので、シリンダボア５における摩耗や焼付き現象等の発生確率を減少させることができ、シリンダブロック４の高寿命化を図ることができる。

【0044】

また、本発明の第１実施形態に係るシリンダブロック４の摺動面成形方法では、圧縮充填工程において、シリンダボア５内に充填される粉体４４Ａ，４４Ｂを、高摺動性の添加元素４２を内部に含む銅合金粒子４３Ａ，４３Ｂの集合体でそれぞれ構成することにより、高摺動性の添加元素４２が圧縮固化層４５Ａ，４５Ｂの一部に偏ることなく全体に分散するので、良好な品質が確保されたシリンダボア５の摺動面を得ることができる。

【0045】

特に、各銅合金粒子４３Ａ，４３Ｂの集合体は、高摺動性の添加元素４２が銅合金４１の素地となる成分のいずれかと結合し、銅合金４１の素地に析出する構造となっているため、焼結工程における圧縮固化層４５Ａ，４５Ｂの焼結によって銅合金粒子４３Ａ，４３Ｂ同士が結合し易く、圧縮固化層４５Ａ，４５Ｂが被覆材４６Ａ，４６Ｂとして形成された際の機械強度を十分に維持することができる。

【0046】

また、本発明の第１実施形態に係るシリンダブロック４の摺動面成形方法では、圧縮固化層４５Ａ，４５Ｂの成分となる高摺動性の添加元素４２として、安価な鉛を所定の規定量以下の量に限って使用し、さらにビスマスを併用することにより、鉛が与える環境への影響とビスマスの使用によって増加する製造コストの両面のバランスを上手くとりながら、各圧縮固化層４５Ａ，４５Ｂに含まれる高摺動性の添加元素の全体量を十分に確保することができる。これにより、シリンダボア５の摺動面においてより高い摺動性能を発揮するシリンダブロック４を製造することができる。

【0047】

［シリンダブロックの摺動面成形方法の第２実施形態］
本発明の第２実施形態が前述した第１実施形態と異なるのは、図４、図５に示すように、第１実施形態に係る圧縮充填工程では、シリンダボア５内に充填される粉体４４が、高摺動性の添加元素４２を内部に含む銅合金粒子４３の集合体から成るのに対して、図７、図８に示すように、第２実施形態に係る圧縮充填工程では、シリンダボア５内に充填される粉体４７が、高摺動性の添加元素４２を内部に含まない複数の銅合金粒子４３Ｃと、高摺動性の添加元素４２のみから構成された複数の高摺動性粒子４８とを混合した混合紛体から成ることである。なお、本発明の第２実施形態の構成のうち、第１実施形態と同一又は対応する部分には同一の符号を付している。

【0048】

本発明の第２実施形態に係るシリンダブロック４の摺動面成形方法では、シリンダブロック４の外形が作製された後、圧縮充填工程において、混合粉体４７中の銅合金粒子４３Ｃと高摺動性粒子４８との混合比率を途中で変化させながらシリンダボア５への混合紛体４７の充填を２回に渡って行う。

【0049】

具体的には、本発明の第２実施形態では、混合粉体４７中の銅合金粒子４３Ｃと高摺動性粒子４８との混合比率を１回目と２回目の充填において変化させるために、まず図７に示すように、高摺動性粒子４８の重量比率がＢｗｔ％になるように分配した銅合金粒子４３Ｃと高摺動性粒子４８とを混合した後、この混合紛体４７Ａをシリンダボア５内に充填し、混合紛体４７Ａを圧縮して固化させることにより、圧粉成形体として圧縮固化層４５Ｃを形成する。

【0050】

その後、図８に示すように、高摺動性粒子４８の重量比率がＣｗｔ％になるように分配した銅合金粒子４３Ｃと高摺動性粒子４８とを混合した後、この混合粉体４７Ｂをシリンダボア５のうち圧縮固化層４５Ｃの上に充填し、混合紛体４７Ｂを圧縮して固化させることにより、圧粉成形体として圧縮固化層４５Ｄを形成する。その他の第２実施形態の構成は、第１実施形態の構成と同じであるため、重複する説明を省略する。

【0051】

このように構成した本発明の第２実施形態に係るシリンダブロック４の摺動面成形方法によれば、上述した第１実施形態と同様の作用効果が得られる他、高摺動性の添加元素４２を銅合金粒子４３Ｃに予め含ませなくても、圧縮充填工程において形成される圧縮固化層４５Ｃ，４５Ｄ中の高摺動性の添加元素４２の濃度を意図した通りに調整できるので、シリンダボア５の摺動面を効率良く成形することができる。これにより、シリンダブロック４の製造上の生産性を高めることができる。

【0052】

［シリンダブロックの摺動面成形方法の第３実施形態］
本発明の第３実施形態が前述した第２実施形態と異なるのは、図７、図８に示すように、第２実施形態に係る圧縮充填工程では、圧縮固化層４５Ｃ，４５Ｄ、すなわち、圧粉成形体に含まれる高摺動性の添加元素４２の濃度がシリンダボア５の軸方向で異なるように、圧粉成形体において高摺動性の添加元素４２を分散させたのに対して、図９、図１０に示すように、第３実施形態に係る圧縮充填工程では、圧粉成形体に含まれる高摺動性の添加元素４２の濃度がシリンダボア５の軸周りで異なるように、圧粉成形体において高摺動性の添加元素４２を分散させたことである。なお、本発明の第３実施形態の構成のうち、第２実施形態と同一又は対応する部分には同一の符号を付している。

【0053】

本発明の第３実施形態に係るシリンダブロック４の摺動面成形方法では、上述した第２実施形態と同様に、シリンダブロック４の外形が作製された後、圧縮充填工程において、混合粉体４７中の銅合金粒子４３Ｃと高摺動性粒子４８との混合比率を途中で変化させながらシリンダボア５への混合紛体４７の充填を２回に渡って行う。

【0054】

具体的には、本発明の第３実施形態では、混合粉体４７中の銅合金粒子４３Ｃと高摺動性粒子４８との混合比率を１回目と２回目の充填において変化させるために、まず図９に示すように、シリンダボア５の内部が、シリンダブロック４の中心軸Ａに対して向心方向側（半径方向内側）の領域と遠心方向側（半径方向外側）の領域とに分割されるように、シリンダボア５を半分に区画する仕切り板５１を挿入する。

【0055】

次に、高摺動性粒子４８の重量比率がＢｗｔ％になるように分配した銅合金粒子４３Ｃと高摺動性粒子４８とを混合した後、この混合紛体４７Ａをシリンダボア５のうち上記向心方向側の領域に充填し、混合紛体４７Ａを圧縮して固化させることにより、圧粉成形体として圧縮固化層４５Ｅを形成する。

【0056】

その後、図１０に示すように、シリンダボア５から仕切り板５１を取り外し、高摺動性粒子４８の重量比率がＣｗｔ％になるように分配した銅合金粒子４３Ｃと高摺動性粒子４８とを混合した後、この混合粉体４７Ｂをシリンダボア５のうち上記遠心方向側の領域に充填し、混合紛体４７Ｂを圧縮して固化させることにより、圧粉成形体として圧縮固化層４５Ｆを形成する。その他の第３実施形態の構成は、第２実施形態の構成と同じであるため、重複する説明を省略する。

【0057】

このように構成した本発明の第３実施形態に係るシリンダブロック４の摺動面成形方法によれば、上述した第２実施形態と同様の作用効果が得られる他、図１１、図１２に示すように、シリンダボア５内側の円筒面のうち、シリンダブロック４の中心軸Ａに対して向心方向側の部分と遠心方向側の部分に高摺動性の添加元素４２の濃度が異なる被覆層４６Ｃ，４６Ｄを得ることができる。

【0058】

すなわち、シリンダボア５の摺動面は、シリンダボア５の軸周りにおいて高摺動性の添加元素４２の濃度が異なる被覆層４６Ｃ，４６Ｄから成り、これらの被覆層４６Ｃ，４６Ｄのうち被覆層４６Ｄは、シリンダブロック４の中心軸Ａに対して遠心方向側における高摺動性の添加元素４２の濃度が、シリンダブロック４の中心軸Ａに対して向心方向側における高摺動性の添加元素４２の濃度よりも高い高濃度部として機能する。

【0059】

そのため、シリンダブロック４が回転した際にピストン６に作用する遠心力に伴って、シリンダボア５内側の円筒面のうち、摺動面圧が高くなり易い遠心方向側の部分全体を、高摺動性の添加元素４２が高密度である被覆層４６Ｄによって的確に保護することができる。これにより、シリンダブロック４の耐久性を向上させることができる。

【0060】

なお、上述した本発明の各実施形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。

【0061】

つまり、本発明の各実施形態に係る圧縮充填工程は、圧粉成形体に含まれる高摺動性の添加元素４２の濃度がシリンダボア５の軸方向及び軸周りのいずれか一方で異なるように、圧粉成形体において高摺動性の添加元素４２を分散させた場合について説明したが、圧粉成形体に含まれる高摺動性の添加元素４２の濃度がシリンダボア５の軸方向及び軸周りの双方で異なるように、圧粉成形体において高摺動性の添加元素４２を分散させることも可能である。

【0062】

また、本発明の各実施形態は、圧縮充填工程において、銅合金粒子４３中の銅合金４１と高摺動性の添加元素４２との重量比率を途中で変化させながらシリンダボア５への紛体４４の充填を２回に渡って行った場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、銅合金粒子４３中の銅合金４１と高摺動性の添加元素４２との重量比率を途中で変化させながらシリンダボア５への紛体４４の充填を３回以上に渡って行ってもよい。

【0063】

さらに、本発明の各実施形態は、高摺動性の添加元素４２として鉛及びビスマスの双方を使用した場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、鉛及びビスマスのいずれか一方を使用してもよいし、高い摺動性能を示す元素であればその他の元素を使用してもよい。特に、本発明の第２実施形態は、銅合金粒子４３Ｃに含有し難い、すなわち、銅合金４１の素地となる成分と結合し難い元素であっても、高摺動性の添加元素４２として使用できるので、高摺動性の添加元素４２の選択の自由度を高めることができる。

【0064】

また、本発明の第１実施形態は、圧縮充填工程においてシリンダボア５の内部に圧縮固化層４５Ａ，４５Ｂを積層した後、焼結工程において圧縮固化層４５Ａ，４５Ｂを焼結して被覆層４６Ａ，４６Ｂを形成し、仕上げ工程において被覆層４６Ａ，４６Ｂの中央部分を切削又は研削して加工除去した場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、圧縮充填工程において被覆層４６Ａ，４６Ｂの型を形成するための中子等（図示せず）を用いてもよい。

【0065】

この中子は、例えば、シリンダボア５に勘挿されるピストン６よりも大きさが小さく設定された円筒体から成り、シリンダボア５内側の円筒面と離間した状態でシリンダボア５に挿入されるようになっている。この場合、仕上げ工程において、シリンダボア５から中子を除去するだけで被覆層４６Ａ，４６Ｂを加工除去する量が大幅に減少するので、仕上げ作業を迅速に進めることができる。

【0066】

また、本発明の第２実施形態は、圧縮充填工程において、高摺動性の添加元素４２を内部に含まない複数の銅合金粒子４３Ｃと、高摺動性の添加元素４２のみから構成された複数の高摺動性粒子４８とを混合した混合紛体４７をシリンダボア５内に充填した場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではなく、例えば、高摺動性の添加元素４２を内部に含まない複数の銅合金粒子４３Ｃと、高摺動性の添加元素４２を内部に含む複数の合金とを混合した混合粉体をシリンダボア５内に充填してもよい。

【0067】

さらに、本発明の第３実施形態は、図１２に示すように、シリンダボア５内側の円筒面に対して、高摺動性の添加元素４２の濃度が低い被覆層４６Ｃと、高摺動性の添加元素４２の濃度が高い被覆層４６Ｄとを同じ体積の割合で形成した場合について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではない。

【0068】

具体例として、図１３に示すように、高摺動性の添加元素４２の濃度が高い被覆層４６Ｄの体積の割合を大きく設定することにより、シリンダボア５の摺動面のうち高摺動性の添加元素４２の濃度が高い領域を拡大して形成してもよいし、あるいは図１４に示すように、高摺動性の添加元素４２の濃度が低い被覆層４６Ｃの体積の割合を大きく設定することにより、シリンダボア５の摺動面のうち高摺動性の添加元素４２の濃度が高い領域を縮小して形成してもよい。その他、図１５に示すように、シリンダボア５の摺動面のうち高摺動性の添加元素４２の濃度が高い領域を縮小してシリンダボア５の軸周りの任意の位置に形成してもよい。

【符号の説明】

【0069】

１…油圧ポンプ（液圧回転機）、３…回転軸、４…シリンダブロック、５…シリンダボア、５Ａ…シリンダポート、６…ピストン、２２…斜板、２５…弁板
４１…銅合金、４２…高摺動性の添加元素、４３，４３Ａ，４３Ｂ，４３Ｃ…銅合金粒子、４４，４４Ａ，４４Ｂ…紛体、４５Ａ，４５Ｂ，４５Ｃ，４５Ｄ，４５Ｅ，４５Ｆ…圧縮固化層（圧粉成形体）、４６Ａ，４６Ｃ…被覆層、４６Ｂ，４６Ｄ…被覆層（高濃度部）、４７，４７Ａ，４７Ｂ…混合紛体、４８…高摺動性粒子、５１…仕切り板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】